JP2019009502A - Radio communications system, radio relay device, and radio relay program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信システム、無線中継装置、及び無線中継プログラムに関し、例えば、無線マルチホップネットワークに適用し得るものである。 The present invention relates to a wireless communication system, a wireless relay device, and a wireless relay program, and can be applied to, for example, a wireless multi-hop network.
複数の無線通信装置(以下、「ノード」とも呼ぶ)と、各ノードを管理する管理装置とからなる無線ネットワークシステムでは、各ノードが管理装置と直接通信できない場合、他のノードが直接通信できないノードに代わって通信を中継するマルチホップネットワークの形態を採用することがある。このマルチホップネットワークの形態により、遠距離にあるノードは、管理装置と通信することが可能となる。 In a wireless network system including a plurality of wireless communication devices (hereinafter also referred to as “nodes”) and a management device that manages each node, when each node cannot communicate directly with the management device, another node cannot communicate directly Instead, a form of a multi-hop network that relays communication may be adopted. This form of multi-hop network enables nodes at a long distance to communicate with the management device.
マルチホップネットワークに新規参加するノード(以下、「参加ノード」とも呼ぶ)は、ネットワークに参加(加入)するとき、自身が管理装置と直接通信できない場合には、ネットワーク参加要求パケットを参加ノードに代わって中継してもらうノード(以下、「親ノード」とも呼ぶ)を、ネットワークに加入済みのノードの中から選択する。このような親ノードを選択するために、参加ノードは、自身の周辺ノード(以下、「隣接ノード」とも呼ぶ)を探索するパケット(以下、「隣接ノード探索パケット」とも呼ぶ)をブロードキャス卜する。当該パケットを受信した隣接ノードは、応答パケットを参加ノードに返信する。このとき、隣接ノードの応答パケットの送信タイミングが他の隣接ノードと重なると、パケットが衝突し、参加ノードは応答パケットを受信できない。そのため、隣接ノードは、衝突を回避するために、隣接ノード探索パケットの受信後にランダム時間だけ待ってから応答パケットを送信する。 When a node newly joining the multi-hop network (hereinafter also referred to as a “participating node”) joins (joins) the network and cannot communicate directly with the management apparatus, the node joins the network joining request packet. Nodes to be relayed (hereinafter also referred to as “parent nodes”) are selected from nodes that have joined the network. In order to select such a parent node, the participating node broadcasts a packet (hereinafter also referred to as “neighboring node search packet”) for searching its own peripheral node (hereinafter also referred to as “neighboring node”). . The adjacent node that has received the packet returns a response packet to the participating node. At this time, if the transmission timing of the response packet of the adjacent node overlaps with another adjacent node, the packets collide and the participating nodes cannot receive the response packet. For this reason, in order to avoid collision, the adjacent node waits for a random time after receiving the adjacent node search packet and then transmits the response packet.
ところで、最適な親ノードの選択方法には、種々様々な方法が存在すると考えられるが、例えば、受信パケットの受信信号強度(RSSI値)が最も高いノードを選択することが考えられる。参加ノードは、全ての近隣ノードの応答パケットを収集し、その中から親ノードを選択することで、最適な親ノードを決定できる。ただし、参加ノードは、全ての近隣ノードの応答パケットを収集するためには、応答パケットのランダム待ち時間を考慮し、選択され得る最大待ち時間だけ待つ必要がある。ここで、応答パケットは、隣接ノード数が多いほど衝突する確率が高くなるため、衝突確率を一定以下に抑える必要がある。そのため、ランダム待ち時間の最大値は、隣接ノード数が多い場合を考慮して長めに設定されるべきである。 By the way, there are various methods for selecting an optimal parent node. For example, it may be possible to select a node having the highest received signal strength (RSSI value) of a received packet. The participating node collects response packets of all neighboring nodes and selects a parent node from among the response packets, thereby determining an optimal parent node. However, in order to collect response packets of all neighboring nodes, the participating node needs to wait for a maximum waiting time that can be selected in consideration of the random waiting time of the response packet. Here, since the response packet has a higher probability of collision as the number of adjacent nodes increases, it is necessary to suppress the collision probability to a certain level or less. Therefore, the maximum value of the random waiting time should be set longer considering the case where the number of adjacent nodes is large.
以上より、参加ノードは、親ノードを選択するまでに多くの時間を要するため、ネットワーク加入までの時間が長期化することが問題となる。 As described above, since a participating node requires a lot of time to select a parent node, it becomes a problem that the time until the network subscription is prolonged.
ところで、特許文献1及び2に記載の技術は、マルチホップネットワークにおける、最適な親ノードの選択方法に関する技術である。特許文献1及び2に記載の技術では、参加ノードは、隣接ノードから送信される当該隣接ノードの情報(現在の子ノードの数、管理装置までのホップ数、管理装置までのRTT(Round Trip TiMe)等)を受信し、最適と思われる隣接ノードを親ノードとして選択する。
By the way, the techniques described in
また、特許文献2では、各ノードはネットワーク参加後にも、隣接ノードとの通信履歴から、パケットロス率やSN比(Signal−to−Noise ratio)を算出し、これらの情報から最適な親ノードを動的に変更する。 Further, in Patent Document 2, each node calculates a packet loss rate and an SN ratio (Signal-to-Noise ratio) from a communication history with an adjacent node even after joining the network, and determines an optimal parent node from these information. Change dynamically.
しかしながら、特許文献1及び2に記載の技術は、いずれも最適な親ノードを選択するための指標に関する技術であり、最適な親ノードを選択するためには、全近隣ノードからの応答パケットを待つことが前提となっている。
However, both of the techniques described in
よって、親ノードの選択時間は、隣接ノードが送信する応答パケットのランダム待ち時間に大きく依存することになってしまう。 Therefore, the selection time of the parent node greatly depends on the random waiting time of the response packet transmitted by the adjacent node.
そのため、効率的に接続先となる無線中継装置を決定して、早期に無線ネットワークに参加できる無線通信システム、無線中継装置、及び無線中継プログラムが望まれている。 Therefore, there is a demand for a wireless communication system, a wireless relay device, and a wireless relay program that can efficiently determine a wireless relay device to be a connection destination and join a wireless network at an early stage.
第1の本発明は、ネットワークへの接続を要求する無線通信装置と、前記ネットワークへの接続要求を中継する複数の無線中継装置とを有する無線通信システムにおいて、(1)前記無線通信装置は、(1−1)複数の前記無線中継装置の中から、接続先とする前記無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを周囲の前記ネットワークに向けて送信する隣接ノード探索手段と、(1−2)前記隣接探索パケットに対する応答パケットを、前記各無線中継装置から受信すると、前記応答パケットの送信元の前記無線中継装置を接続先に選択するか否かの判断に用いる通信品質に関する指標値に基づき、前記各無線中継装置の内から接続先とする前記無線中継装置を選択する接続先選択手段とを有し、(2)前記無線中継装置は、(2−1)自身と隣接する前記無線中継装置の前記指標値を管理する隣接ノード情報管理手段と、(2−2)前記無線通信装置から前記隣接探索パケットを受信すると、自身の前記指標値と隣接する前記無線中継装置の前記指標値とを用いて、前記応答パケットを送信するまでの応答待ち時間を算出する応答待ち時間算出手段と、(2−3)応答待ち時間算出手段により算出した応答待ち時間経過後、前記応答パケットを前記無線通信装置に送信する応答パケット送信手段とを有すことを特徴とする。 A first aspect of the present invention is a wireless communication system including a wireless communication device that requests connection to a network and a plurality of wireless relay devices that relay connection requests to the network. (1) The wireless communication device includes: (1-1) Neighboring node search means for transmitting an adjacent search packet for searching for the wireless relay device as a connection destination from among the plurality of wireless relay devices to the surrounding network; (1- 2) When a response packet for the adjacent search packet is received from each wireless relay device, an index value relating to communication quality used for determining whether to select the wireless relay device that is the transmission source of the response packet as a connection destination And (2) the wireless relay device is configured to select (2-1) the wireless relay device as a connection destination from among the wireless relay devices. Neighboring node information management means for managing the index value of the radio relay apparatus adjacent to the radio relay apparatus; and (2-2) receiving the neighbor search packet from the radio communication apparatus, the radio adjacent to the index value of the radio relay apparatus. A response waiting time calculating means for calculating a response waiting time until the response packet is transmitted using the index value of the relay apparatus; and (2-3) after the response waiting time calculated by the response waiting time calculating means has elapsed. And response packet transmission means for transmitting the response packet to the wireless communication device.
第2の本発明は、ネットワークへの接続を要求する無線通信装置と、前記ネットワークへの接続要求を中継する複数の無線中継装置とを有する無線通信システムにおける無線中継装置であって、(1)自身と隣接する前記無線中継装置の通信品質に関する指標値を管理する隣接ノード情報管理手段と、(2)前記無線通信装置から複数の前記無線中継装置の内、接続先とする前記無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを受信すると、自身の前記指標値と隣接する前記無線中継装置の前記指標値とを用いて、前記隣接探索パケットに対する応答パケットを送信するまでの応答待ち時間を算出する応答待ち時間算出手段と、(3)応答待ち時間算出手段により算出した応答待ち時間経過後、前記応答パケットを前記無線通信装置に送信する応答パケット送信手段とを有することを特徴とする。 A second aspect of the present invention is a wireless relay device in a wireless communication system having a wireless communication device that requests connection to a network and a plurality of wireless relay devices that relay the connection request to the network. Neighboring node information management means for managing an index value relating to communication quality of the wireless relay device adjacent to the wireless relay device; and (2) the wireless relay device as a connection destination among the plurality of wireless relay devices from the wireless communication device. When an adjacent search packet for searching is received, a response waiting time until a response packet for the adjacent search packet is transmitted is calculated using its own index value and the index value of the adjacent radio relay apparatus. A response waiting time calculating means; and (3) transmitting the response packet to the wireless communication apparatus after the response waiting time calculated by the response waiting time calculating means has elapsed. And having a response packet transmitting unit that.
第3の本発明の無線中継プログラムは、ネットワークへの接続を要求する無線通信装置と、前記ネットワークへの接続要求を中継する複数の無線中継装置とを有する無線通信システムにおける無線中継装置に搭載されるコンピュータを、(1)自身と隣接する前記無線中継装置の通信品質に関する指標値を管理する隣接ノード情報管理手段と、(2)前記無線通信装置から複数の前記無線中継装置の内、接続先とする前記無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを受信すると、自身の前記指標値と隣接する前記無線中継装置の前記指標値とを用いて、前記隣接探索パケットに対する応答パケットを送信するまでの応答待ち時間を算出する応答待ち時間算出手段と、(3)応答待ち時間算出手段により算出した応答待ち時間経過後、前記応答パケットを前記無線通信装置に送信する応答パケット送信手段として機能させることを特徴とする。 A radio relay program according to a third aspect of the present invention is mounted on a radio relay apparatus in a radio communication system having a radio communication apparatus that requests connection to a network and a plurality of radio relay apparatuses that relay connection requests to the network. (1) an adjacent node information management means for managing an index value relating to communication quality of the wireless relay device adjacent to itself, and (2) a connection destination from the wireless communication device among the plurality of wireless relay devices. When an adjacent search packet for searching for the wireless relay device is received, a response packet for the adjacent search packet is transmitted using its own index value and the index value of the adjacent wireless relay device. A response waiting time calculating means for calculating the response waiting time, and (3) after the response waiting time calculated by the response waiting time calculating means has elapsed, A response packet, characterized in that to function as a response packet transmitting means for transmitting to the wireless communication device.
本発明によれば、効率的に接続先となる無線中継装置を決定して、早期に無線ネットワークに参加できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the radio relay apparatus used as a connection destination can be determined efficiently and it can participate in a radio network at an early stage.
(A)実施形態
以下、本発明に係る無線通信システム、無線中継装置、及び無線中継プログラムの主たる実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
(A) Embodiments Hereinafter, main embodiments of a wireless communication system, a wireless relay device, and a wireless relay program according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(A−1)実施形態の構成
(A−1−1)全体構成
図2は、実施形態に係る無線通信システム1の全体構成例を示すブロック図である。
(A-1) Configuration of Embodiment (A-1-1) Overall Configuration FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the overall configuration of the
まず、無線通信システム1の構成について説明する。
First, the configuration of the
無線通信システム1には、無線通信装置10(10−1〜10−n)を管理する管理装置20と、無線通信を行う複数の無線通信装置10が配置されている。無線通信システム1に配置される各装置の数は限定されないものであるが、この実施形態の無線通信システム1では、1個の管理装置20と、複数個の無線通信装置10(10−1〜10−n)が配置されているものとして説明する。
In the
また、無線通信システム1では、管理装置20及び無線通信装置10−1〜10−nを含むノードによりマルチホップネットワークが構成されているものとする。以下では、各無線通信装置10のことを、マルチホップネットワークを構成する「ノード」とも呼ぶものとする。また、無線通信システム1のネットワークへ参加しようとするノードを「参加ノード」と呼び、参加ノードの参加要求パケットを管理装置20へ中継するノードを「親ノード」と呼ぶものとする。また、あるノードと直接通信可能な隣接するノードを「隣接ノード」と呼ぶものとする。無線通信システム1内の各装置間(ノード間)の通信方式(通信媒体)については限定されないものであるが、例えば、種々の無線LANインタフェースの通信方式を適用することができる。
Further, in the
次に、この実施形態の無線通信システム1の特徴について説明する。
Next, features of the
この実施形態では、参加ノードに周囲に存在する隣接ノード(親候補ノード)は、パス品質と隣接ノード情報を用いて、応答パケット(参加ノードが送信する隣接探索パケットに対する応答パケット)の送信待ち時間を決定する。「パス品質」とは、自身(無線通信装置10)と管理装置20(基地局)との間の通信品質を示すものであり、例えば、基地局までの経路上のリンク品質値(例えば、RSSI値、パケットロス率を基に算出される値)の和で示される。また、「隣接ノード情報」とは、自身の隣接ノードのアドレスとパス品質(及び基地局までのホップ数を含んでも良い)を含む情報である。隣接ノード情報は、例えば、各ノードによって定期送信される制御パケットから生成される。 In this embodiment, adjacent nodes (parent candidate nodes) existing around the participating node use the path quality and adjacent node information to transmit a response packet (response packet for an adjacent search packet transmitted by the participating node). To decide. “Path quality” indicates communication quality between itself (wireless communication device 10) and management device 20 (base station). For example, a link quality value (for example, RSSI) on a route to the base station. Value, a value calculated based on the packet loss rate). The “neighboring node information” is information including the address of the adjacent node of itself and path quality (and may include the number of hops to the base station). The adjacent node information is generated from a control packet periodically transmitted by each node, for example.
応答パケットの送信待ち時間は、パス品質が良いと短い待ち時間が設定され、パス品質が悪いと長い待ち時間が設定される。ただし、このように送信待ち時間を設定する場合、パス品質の良い隣接ノード数が多いと応答パケットが衝突する恐れがある。そこで、パス品質の良いノードが選択する送信待ち時間を、さらに隣接ノード情報を用いて決定する。具体的には、応答パケットの衝突を回避するために、パス品質の良い隣接ノード数が多い程、選択され得る送信待ち時間の幅を広くとることとする。 As the response packet transmission waiting time, a short waiting time is set when the path quality is good, and a long waiting time is set when the path quality is bad. However, when the transmission waiting time is set in this way, there is a possibility that response packets may collide if the number of adjacent nodes with good path quality is large. Therefore, the transmission waiting time selected by the node with good path quality is further determined using the adjacent node information. Specifically, in order to avoid response packet collision, the larger the number of adjacent nodes with good path quality, the wider the transmission waiting time that can be selected.
参加ノードは、応答パケットの送信元ノード(親候補ノード)のパス品質と、自身と送信元ノードのリンク品質を加算したパス品質が閾値以上である場合に、当該ノードを親ノードに選択する。 When the path quality of the response packet transmission source node (parent candidate node) and the path quality obtained by adding the link quality of itself and the transmission source node are equal to or higher than the threshold, the participating node selects the node as the parent node.
(A−1−2)無線通信装置の詳細な構成
次に、無線通信装置10の内部構成について説明する。
(A-1-2) Detailed Configuration of Radio Communication Device Next, the internal configuration of the
図1は、無線通信装置の機能的構成について示すブロック図である。図1において、無線通信装置10は、通信部11、処理部12、隣接ノード情報管理部13、応答待ち時間算出部14、及び親ノード選択部15を有する。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of the wireless communication apparatus. In FIG. 1, the
無線通信装置10は、例えば、プロセッサ及びメモリを有するコンピュータにプログラムをインストールすることにより構築するようにしても良い。また、無線通信装置10は、一部又は全部をハードウェア(例えば、専用の半導体チップや電気回路等)を用いて構成するようにしても良い。
For example, the
この実施形態の無線通信装置10は、参加ノードとしての機能と親候補ノード(無線中継装置)としての機能を有する構成例を示しているが、これに限定されるものでは無く、例えば、無線中継装置としての機能を果たすだけならば、親ノード選択部15を省略しても良い。
The
通信部11は、マルチホップネットワークにアクセスするための通信インタフェースである。例えば、通信部11は、後述する処理部12からパケット送信要求を受けると、パケットを管理装置20又は他の無線通信装置10に送信する手段を有する。また、通信部11は、直接通信相手に送信することができない場合には、他の無線通信装置10を介してパケットを送信する。なお、通信部11は、他の無線通信装置10への中継方法について、種々様々なルーティング方式を適用することができる。例えば、通信部11は、ルーティング方式として、AODV(Ad hoc On−Demand Distance Vector)、RPL(IPv6 Routing Protocol for Low−Power and Lossy Networks)等のルーティング方式を適用することができる。また、通信部11は、パケット受信時にRSSI値を測定する手段を有する。
The
処理部12は、ネットワークに加入前の場合、親ノードの候補となる隣接する無線通信装置10を探索するためのパケット(以下、「隣接探索パケット」とも呼ぶ)を、一定間隔で生成し、通信部11へ当該隣接探索パケット送信を要求する。処理部12は、通信部11から隣接探索パケットに対する応答パケットを受信すると、親選択判断を親ノード選択部15に要求する。処理部12は、親ノード選択部15から選択された親ノードのアドレスを受信すると、親ノードを中継先とした管理装置20宛の参加要求パケットを生成し、通信部11に当該パケットの送信を要求する。
The
一方、処理部12は、ネットワークに加入後の場合、通信部11から隣接探索パケットを受信すると、応答待ち時間算出部14から応答待ち時間を取得する。そして、処理部12は、取得した待ち時間だけ待機した後、応答パケットを生成し、通信部11に応答パケットの送信を要求する。なお、応答パケットには、親ノードを選択するために参照される指標値(この実施形態では、自身のパス品質値と隣接探索パケット受信時のRSSI値)が含まれる。また、処理部12は、通信部11から制御パケットを受信すると、隣接ノード情報の登録を隣接ノード情報管理部13に要求する。
On the other hand, when the
親ノード選択部15は、受信した応答パケットから親ノードとなる無線通信装置10を選択する手段を有する。親ノード選択部15は、処理部12から親選択判断の要求を受けると、応答パケットの送信元ノードを親選択するか否か判断する。親ノード選択部15は、判断した結果、親選択されなかった場合には、応答パケットの情報を保存する。ただし、次の隣接探索パケット送信までの間に親選択されなかった場合には、保存されている応答パケットの情報から親選択を行う。親ノード選択部は、親ノードを選択すると、選択した親ノードを処理部12に通知する。
The parent
隣接ノード情報管理部13は、隣接ノード情報を保持して管理する手段を有する。隣接ノード情報管理部13は、処理部12から隣接ノード情報の登録要求を受信すると、当該パケットから送信元アドレスとパス品質の情報を取り出し、例えば、隣接ノードのアドレスとパス品質を対応付けて管理するテーブルに保持する。隣接ノード情報管理部13は、既に登録済みのノードからの制御パケットであった場合には、テーブルのパス品質を更新する。また、隣接ノード情報管理部13は、一定時間制御パケットを受信しなかったノードについては、ネットワークから離脱したとみなし、テーブルから削除しても良い。
The adjacent node
応答待ち時間算出部14は、参加ノードの隣接探索パケットに対する応答パケット送信までの待ち時間を算出する手段を有する。応答待ち時間算出部14は、処理部12から応答待ち時間算出の要求を受けると、隣接ノード情報管理部13から隣接ノード情報を取得し、応答待ち時間を算出する。応答待ち時間算出部14は、算出した待ち時間を処理部12に通知する。
The response waiting
(A−1−3)管理装置の詳細な構成
次に、管理装置20の内部構成について説明する。
(A-1-3) Detailed Configuration of Management Device Next, the internal configuration of the
図3は、管理装置の機能的構成について示すブロック図である。管理装置20の各構成(親ノード選択部15を除く各構成)も先述の図1で示した無線通信装置10と同様である。ただし、処理部の内容が異なるので、この異なる点を中心に説明する。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration of the management apparatus. Each configuration of the management device 20 (each configuration excluding the parent node selection unit 15) is the same as that of the
管理装置20の処理部22は、無線通信装置10の処理部12の機能に加えて、通信部11から参加ノードの参加要求パケットを受信すると、参加要求パケットに対する応答パケット(参加承認パケット)を生成し、通信部11に当該パケットの送信を要求する手段を有する。
In addition to the function of the
(A−2)実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する実施形態の無線通信システム1の動作を説明する。
(A-2) Operation | movement of embodiment Next, operation | movement of the radio |
以下では、新規の無線通信装置10(参加ノード)が、隣接ノード(ネットワーク加入済みノードの親候補ノード)の中から親となるノード(親ノード)を選択して、マルチホップネットワークに参加するまでの各装置の動作を図4〜図6を用いて説明する。参加ノードの動作は、後述するステップS101(図4)である。また、隣接ノード(親候補ノード)の動作は、後述するステップS102(図5)及びステップS103(図6)である。さらに、管理装置20の動作はステップS104である。なお、以下では、参加ノードは、無線通信システム1のネットワークに加入前の無線通信装置10(10−1〜10−n)のいずれかであるものとする。また、隣接ノード(親候補ノード)は、参加ノードによりブロードキャストされたパケットを受信できる範囲内に存在する無線通信システム1のネットワークに加入済の無線通信装置10(10−1〜10−n)のいずれかであるものとする。
In the following, until the new wireless communication device 10 (participating node) selects a parent node (parent node) from neighboring nodes (parent candidate nodes of nodes that have already joined the network) and participates in the multi-hop network. The operation of each apparatus will be described with reference to FIGS. The operation of the participating node is step S101 (FIG. 4) described later. The operation of the adjacent node (parent candidate node) is step S102 (FIG. 5) and step S103 (FIG. 6) described later. Further, the operation of the
[ステップS101:参加ノードの動作]
図4は、実施形態に係る無線通信装置(参加ノード)の動作(ネットワーク加入時の動作)を示すフローチャートである。
[Step S101: Operation of Participating Node]
FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation (operation when joining a network) of the wireless communication device (participating node) according to the embodiment.
参加ノード(処理部12)は、起動後、隣接ノード(親候補ノード)を探索するため、通信部11を介して、生成した隣接探索パケットをブロードキャストする(S101−1、S101−2)。この際、処理部12は、次の隣接探索パケットを送信するまでの時間(以下、「隣接探索パケット送信間隔」と呼ぶ)だけタイマをセットする。
After the activation, the participating node (processing unit 12) broadcasts the generated adjacent search packet via the
処理部12は、隣接探索パケット送信間隔が経過(セットしたタイマのタイムアウトの通知)されるまで、後述するステップS101−4以降の処理を行い、隣接探索パケット送信間隔が経過されると、後述するステップS101−7の処理を行う(S101−3)。
The
処理部12は、通信部11を介して、いずれかの隣接ノードから応答パケットを受信すると、受信した応答パケットの情報(少なくとも、応答パケットのパス品質値、隣接探索パケット受信時のRSSI値の情報を含む)と、応答パケット受信時のRSSI値を親ノード選択部15に通知する(S101−4)。親ノード選択部15は、応答パケット受信の通知を受けると、親ノード選択の判断をするために、まず、隣接探索パケット受信時のRSSI値と応答パケット受信時のRSSI値とから、自身と送信元ノード(隣接ノード)とのリンク品質値を計算する。リンク品質値は、例えば、2つのRSSI値をリンク品質値に変換し、掛け合わせた値とする。RSSI値からリンク品質値への変換は、RSSI値の範囲に対して1つのリンク品質値を与えることで行う。例えば、RSSI値が−60dBm以上の時は、リンク品質値として最も良い(大きい)値を与え、−60dBm未満かつ−80dBm以上の時は、2番目に良い値を与え、それ以外の場合には、最も悪い(小さい)値を与える等である。次に、親ノード選択部15は、求めたリンク品質値と応答パケットのパス品質値を足し合わせ、自身(参加ノード)から管理装置20までのパス品質値を算出する。
When the
そして、親ノード選択部15は、算出したパス品質値と予め設定された閾値とを比較する(S101−5)。親ノード選択部15は、パス品質値が閾値以上の場合には、送信元ノードを親ノードと選択し、閾値未満の場合には、応答パケットの情報を内部に保存する(後述するステップS101−8の処理で用いる)。親ノード選択部15は、親ノード選択がされた場合、処理部12に選択した親ノードのアドレスを通知する。
Then, the parent
処理部12は、先述のステップS101−5の処理(又は後述するステップS101−8の処理)により、親ノード選択部15から親ノードアドレスの通知を受けると、当該アドレスを中継先とする参加要求パケットを生成し、通信部を介して、当該パケットを送信する(S101−6)。
When the
一方、処理部12は、隣接探索パケット送信間隔の間に、親ノード選択部15から親ノードアドレスの通知を受信しなかった場合、親ノード選択部15に親ノード選択要求を通知する。
On the other hand, when the notification of the parent node address is not received from the parent
親ノード選択部15は、処理部12から親ノード選択要求を受信すると、これまでに1以上の応答パケットを受信したか(言い換えれば、応答パケットの情報が内部に保存されているか)確認する(S101−7)。親ノード選択部15は、1つの応答パケットも受信していなかった場合には、隣接探索パケットの再送を処理部12に通知する(再度、ステップS101−2から一連の処理を実行する)。
When receiving the parent node selection request from the
親ノード選択部15は、先述のステップS101−7の処理により、1以上の応答パケットを受信していた場合は、最もパス品質値の良い応答パケットの送信元ノードを親ノードに選択し、選択した親ノードのアドレスを処理部12に通知する(S101−8)。通知後の処理は、先述のステップS101−6の処理と同様であるので、省略する。
If one or more response packets have been received by the processing in step S101-7 described above, the parent
そして、通信部11は、S101−6の処理により送信した参加要求パケットに対する参加承認パケットを受信すると、処理部12にその旨を通知する。通知後、処理部12は、参加ノードから親候補ノードの動作に移行する。
Then, when the
[ステップS102:親候補ノードの動作]
図5は、実施形態に係る無線通信装置(親候補ノード)の動作(隣接探索パケット受信時の動作)を示すフローチャートである。
[Step S102: Operation of Parent Candidate Node]
FIG. 5 is a flowchart illustrating the operation of the wireless communication device (parent candidate node) according to the embodiment (operation when receiving an adjacent search packet).
親候補ノードの通信部11は、隣接探索パケットを受信すると、処理部12に隣接探索パケットの情報を通知する(S102−1)。処理部12は、隣接探索パケット受信時のRSSI値を通知すると共に、応答待ち時間の算出を応答待ち時間算出部14に要求する。
When the
応答待ち時間算出部14は、後述するステップS103の処理を実行し、応答待ち時間を算出する(S102−2)。応答待ち時間算出部14は、算出した応答待ち時間を処理部12に通知する。
The response waiting
処理部12は、応答待ち時間を受信すると、受信した応答待ち時間分だけ待機する(S102−3)。
When receiving the response waiting time, the
処理部12は、応答待ち時間が経過したか監視し、経過した場合には、応答パケットを生成し、通信部11に応答パケットの送信を要求する(S102−4)。
The
通信部11は、参加ノードに応答パケットを送信する(S102−5)。
The
[ステップS103:親候補ノードの動作(応答待ち時間の算出動作)]
図6は、実施形態に係る無線通信装置(親候補ノード)の動作(応答パケットの送信待ち時間算出動作)を示すフローチャートである。
[Step S103: Operation of Parent Candidate Node (Response Waiting Time Calculation Operation)]
FIG. 6 is a flowchart showing the operation (response packet transmission waiting time calculating operation) of the wireless communication apparatus (parent candidate node) according to the embodiment.
後述するステップS103−1〜S103−5の処理は、後述する(2)式で用いるN(パス品質を満たす自身を含めた隣接ノード数)を算出する処理である。求めたNは、後述するステップS103−6の処理((2)式を計算)で用いられる。そして、ステップS103−7〜S101−10の処理で算出した(2)式を用いて、応答待ち時間を求める。以下、各ステップの処理の詳細について述べる。 Steps S103-1 to S103-5 described later are processes for calculating N (the number of adjacent nodes including itself satisfying the path quality) used in the expression (2) described later. The obtained N is used in the process of step S103-6 described later (calculating equation (2)). And a response waiting time is calculated | required using (2) Formula calculated by the process of step S103-7-S101-10. Hereinafter, details of the processing of each step will be described.
応答待ち時間算出部14は、Nを初期化(Nを「0」にセットする)する(S103−1)。
The response waiting
応答待ち時間算出部14は、隣接探索パケット受信時のRSSI値をリンク品質値に変換し、求めたリンク品質値と自身のパス品質値を足し合わせ、閾値と比較する(S103−2)。
The response waiting
応答待ち時間算出部14は、先述のステップS103−2の処理の結果(比較結果)が閾値以上の場合には、自身を参加ノードにとってパス品質を満たすノードとみなし、Nをインクリメントする(S103−3)。一方、応答待ち時間算出部14は、比較結果が閾値未満の場合には、自身を参加ノードにとってパス品質を満たさないノードとみなす(Nに対して、特に処理を行わない)。
When the result (comparison result) of the above-described step S103-2 is equal to or greater than the threshold, the response waiting
応答待ち時間算出部14は、隣接ノード情報管理部13から全ての隣接ノードのパス品質値を取得し、取得したパス品質値の内、閾値以上の値となる隣接ノード数を計算する(S103−4)。
The response waiting
応答待ち時間算出部14は、Nに先述のステップS103−4の処理で求めた閾値以上の値となる隣接ノード数を加算する(S103−5)。
The response waiting
続いて、応答待ち時間算出部14は、パス品質を満たす自身を含む隣接ノード数であるN及び自身がパス品質を満たすか否かの情報(先述のステップS103−2の判定結果)を基に応答待ち時間を算出する。図7は、実施形態に係るスロット単位に分割した隣接探索パケット送信間隔を示す説明図である。応答待ち時間は、図7に示すように、参加ノードの隣接探索パケット送信間隔をスロットSL単位に分割し、いずれかのスロットSLを選択することで決定される。1スロットSL当りの長さは定数である。分割したスロットSLのうち、前半のスロットSLはパス品質を満たすノードによって選択され、後半のスロットSLはパス品質を満たさないノードによって選択される。例えば、図7(A)は、パス品質を満たす隣接ノードが少ない場合のスロットSLの状態を示しており、スロットSL1〜スロットSL3がパス品質を満たすノードが選択するスロット(前半のスロット)となり、スロットSL4〜スロットSL9がパス品質を満たさないノードが選択するスロット(後半のスロット)となる。一方、図7(B)は、パス品質を満たす隣接ノードが多い場合のスロットSLの状態を示しており、スロットSL1〜スロットSL6がパス品質を満たすノードが選択するスロット(前半のスロット)となり、スロットSL7〜スロットSL8がパス品質を満たさないノードが選択するスロット(後半のスロット)となる。分割したスロットの内、パス品質の良いノードが選択するスロットと悪いノードが選択するスロットの境界は、例えば、(1)式を基に算出される。
(1)式のslotはスロット数、Nは、先に説明した通り、自身を含めたパス品質を満たす隣接ノード数である。(1)式のPは、パス品質を満たすあるノードとパス品質を満たす他のN−1台の隣接ノードが、slotの中からランダムに1スロットを選択して応答パケットを送信する場合に、当該ノードが他のノードの応答パケットと衝突せずに応答パケットを送信できる確率(応答パケット送信成功率と呼ぶ)を示している。ネットワークシステムとして満たすべき応答パケット送信成功率は、予め定められているものとすると、スロットの境界は、応答パケット送信成功率Pを満たすように算出されることになる。 In the equation (1), slot is the number of slots, and N is the number of adjacent nodes that satisfy the path quality including itself as described above. P in the expression (1) is a case where a certain node satisfying the path quality and other N−1 neighboring nodes satisfying the path quality select one slot from the slot at random and transmit a response packet. The probability that the node can transmit a response packet without colliding with a response packet of another node (referred to as a response packet transmission success rate) is shown. If the response packet transmission success rate to be satisfied as a network system is predetermined, the slot boundary is calculated so as to satisfy the response packet transmission success rate P.
すなわち、満たすべき応答パケット送信成功率をPgivenとした場合、下記の(2)式を満たす最小のslotがスロットの境界となる。
応答待ち時間算出部14は、先述のステップS103−2の処理により、自身がパス品質を満たすノードと判定された場合、(2)式で求めた境界の前半のスロットSLからランダムに1スロットを選択する(S103−7、S103−8)。一方、応答待ち時間算出部14は、先述のステップS103−2の処理により、自身がパス品質を満たさないノードと判定された場合、後半のスロットSLからランダムに1スロットを選択する(S103−9)。
When the response waiting
応答待ち時間算出部14は、選択したスロットSLを時間の単位(選択したスロット×1スロットサイズ)に変換し、処理部12に通知する(S103−10)。例えば、応答待ち時間算出部14は、自身のパス品質が良くて、図7(A)の前半スロットSL(SL1〜SL3)からスロットSL2を選択した場合、「2」に「1スロットのサイズ」を乗じた値を応答待ち時間と算出する(処理部12に算出した応答待ち時間を通知する)。
The response waiting
[ステップS104:管理装置の動作]
管理装置20の通信部11は無線通信装置10から参加要求パケットを受信すると、処理部22にその旨を通知する。処理部22は、参加承認パケットを生成し、通信部11を介して当該パケットを送信する。
[Step S104: Operation of Management Device]
When the
(A−3)実施形態の効果
この実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(A-3) Effects of the embodiment According to this embodiment, the following effects are obtained.
無線通信装置10(親候補ノード)は、応答待ち時間算出部14により、参加ノードの隣接探索パケットに対する応答パケットの送信タイミングをパス品質情報と隣接ノード情報を用いて算出する。すなわち、パス品質情報を用い、パス品質の良い親候補ノードについては、早く応答パケットを返すように送信タイミングを設定することで、参加ノードは、パス品質の良い親候補ノードから最初に応答パケットを受信することができる。
The wireless communication device 10 (parent candidate node) uses the response waiting
また、隣接ノード情報を用い、パス品質の良い隣接ノード数に応じて動的に応答待ち時間の選択幅を変更することで、親候補ノードは、ノードの設置密度等に依存しない適切な送信タイミングの算出が可能となる。例えば、パス品質の良い隣接ノード数が多い場合には、応答待ち時間の選択幅が広くとられるため、応答パケットの衝突が回避され、参加ノードは良い親候補ノードから高確率で応答パケットを受信することができる。さらに、参加ノードは、受信した応答パケット中のパス品質情報を用い、パス品質が閾値以上の場合に親ノード選択することで、親ノード選択にかかる時間を短縮することができる。 In addition, by using the adjacent node information and dynamically changing the response waiting time selection width according to the number of adjacent nodes with good path quality, the parent candidate node can transmit an appropriate transmission timing that does not depend on the node installation density. Can be calculated. For example, when there are a large number of neighboring nodes with good path quality, the response waiting time selection range is wide, so that collision of response packets is avoided, and participating nodes receive response packets with high probability from good parent candidate nodes. can do. Furthermore, the participating node can reduce the time required for parent node selection by using the path quality information in the received response packet and selecting the parent node when the path quality is equal to or higher than the threshold.
そして、この実施形態では、隣接探索パケットに対する応答パケットの送信タイミングをスロット単位で設定することで、非スロット単位で応答タイミングを設定するよりもスループットを向上できる。 In this embodiment, by setting the transmission timing of the response packet for the adjacent search packet in units of slots, the throughput can be improved as compared to setting the response timing in units of non-slots.
(B)他の実施形態
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
(B) Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and may include modified embodiments as exemplified below.
(B−1)上記実施形態では、良い親候補ノードの判断指標にパス品質を用いる例を示したが、これに限定するものではない。例えば、無線通信装置10は、パス品質値をホップ数で除算した、1ホップ当りのリンク品質値を用いることができる。パス品質は、ホップ数にも依存する値であるため、ホップ数の多い親候補ノードほど良い親候補ノードになる可能性が低くなる。無線通信装置10は、1ホップ当りのリンク品質を用いることでホップ数に依存しない判断指標が得ることができる。
(B-1) In the above embodiment, an example in which the path quality is used as a determination index of a good parent candidate node has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the
(B−2)上記実施形態では、親候補ノードが複数の参加ノードの隣接探索パケットを受信した場合に、それぞれのノードに対して応答パケットを送信する例を示したが、これに限定するものではない。例えば、無線通信装置10(親候補ノード)が、複数の隣接探索パケットをまとめて1つの応答パケットとして送信しても良い。このようにする場合、親候補ノードは、応答待ち時間の間に、受信した隣接探索パケットのRSSI値を送信元アドレスとともに記憶して置き、応答パケットに記憶していたRSSI値と送信元アドレスの組を全て記載し、ブロードキャストする。親候補ノードは、応答パケットを1つにまとめて送信することで、トラフィック量を削減することができる。また、複数の隣接探索パケット受信時の応答待ち時間の算出方法も限定されず、最初に受信した隣接探索パケットの応答待ち時間を選択する方法や算出した応答待ち時間のうち最も短い時間を選択する方法、等種々の方法を適用する事ができる。 (B-2) In the above embodiment, when the parent candidate node receives an adjacent search packet of a plurality of participating nodes, an example is shown in which a response packet is transmitted to each node. However, the present invention is limited to this. is not. For example, the wireless communication device 10 (parent candidate node) may collectively transmit a plurality of adjacent search packets as one response packet. In this case, the parent candidate node stores the RSSI value of the received adjacent search packet together with the transmission source address during the response waiting time, and stores the RSSI value and the transmission source address stored in the response packet. List all pairs and broadcast. The parent candidate node can reduce the traffic volume by sending the response packets together. Also, the method for calculating the response waiting time when receiving a plurality of adjacent search packets is not limited, and the method for selecting the response waiting time of the first received adjacent search packet or the shortest time among the calculated response waiting times is selected. Various methods such as methods can be applied.
(B−3)上記実施形態では、良い親候補ノードか否かの判断を定数の閾値を用いて判断する例を示したが、これに限定するものではなく、例えば、隣接ノード数に応じて動的に変化する閾値を用いて判断しても良い。例えば、隣接ノード数が多いほど、ネットワークのノード密度が高く、良い親候補ノードが多くあると想定されるため、このような場合には、閾値をより厳しく設定することで、応答パケットの衝突を防ぐと共に、参加ノードはより良い親ノードを選択することができる。 (B-3) In the above embodiment, an example of determining whether or not it is a good parent candidate node using a constant threshold value has been shown. However, the present invention is not limited to this. For example, according to the number of adjacent nodes You may judge using the threshold value which changes dynamically. For example, it is assumed that the greater the number of adjacent nodes, the higher the node density of the network and the greater the number of good parent candidate nodes. In such a case, collision of response packets can be prevented by setting the threshold value more strictly. In addition to preventing, participating nodes can select a better parent node.
(B−4)上記実施形態では、ネットワーク参加時の無線通信装置10の動作を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、無線通信装置10から管理装置20までのマルチホップで中継する際の中継経路を、上記実施形態の仕組み(技術的思想)を用いて構築しても良い。
(B-4) In the above embodiment, the operation of the
(B−5)上記実施形態では、無線通信システム1において、1台の管理装置20が存在していることを前提としていたが、これに限定するものではない。例えば、無線通信システム1は、管理装置20が設置されず、予め定められた1又は複数の無線通信装置10が他の無線通信装置10からの接続を受け付けるような構成の無線ネットワークシステムでも良い。この場合、接続を受け付ける無線通信装置10(親候補ノード)は、例えば、処理部12と親ノード選択部15を取り除いたような構成(図8の構成)として良い。図8における応答待ち時間算出部14は、図1の処理部12の役割も併せ持つ事になる。また、接続を要求する無線通信装置10(参加ノード)は、図1の構成から応答待ち時間算出部14と隣接ノード情報管理部13を取り除いたような構成(図9の構成)として良い。
(B-5) In the above embodiment, it is assumed that one
1…無線通信システム、10(10−1〜10−n)…無線通信装置、11…通信部、12、22…処理部、13…隣接ノード情報管理部、14…時間算出部、15…親ノード選択部、20…管理装置、SL(SL1〜SL9 )…スロット。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記無線通信装置は、
複数の前記無線中継装置の中から、接続先とする前記無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを周囲の前記ネットワークに向けて送信する隣接ノード探索手段と、
前記隣接探索パケットに対する応答パケットを、前記各無線中継装置から受信すると、前記応答パケットの送信元の前記無線中継装置を接続先に選択するか否かの判断に用いる通信品質に関する指標値に基づき、前記各無線中継装置の内から接続先とする前記無線中継装置を選択する接続先選択手段とを有し、
前記無線中継装置は、
自身と隣接する前記無線中継装置の前記指標値を管理する隣接ノード情報管理手段と、
前記無線通信装置から前記隣接探索パケットを受信すると、自身の前記指標値と隣接する前記無線中継装置の前記指標値とを用いて、前記応答パケットを送信するまでの応答待ち時間を算出する応答待ち時間算出手段と、
応答待ち時間算出手段により算出した応答待ち時間経過後、前記応答パケットを前記無線通信装置に送信する応答パケット送信手段とを有する
ことを特徴とする無線通信システム。 In a wireless communication system having a wireless communication device that requests connection to a network and a plurality of wireless relay devices that relay connection requests to the network,
The wireless communication device
An adjacent node search means for transmitting an adjacent search packet for searching for the wireless relay device as a connection destination from among the plurality of wireless relay devices toward the surrounding network;
When a response packet for the adjacent search packet is received from each wireless relay device, based on an index value related to communication quality used to determine whether to select the wireless relay device that is the transmission source of the response packet as a connection destination, Connection destination selection means for selecting the wireless relay device as a connection destination from among the wireless relay devices;
The wireless relay device is
Adjacent node information management means for managing the index value of the radio relay apparatus adjacent to itself;
When the neighbor search packet is received from the wireless communication device, a response wait time for calculating a response waiting time until the response packet is transmitted is used by using the index value of the wireless communication device and the index value of the adjacent wireless relay device. Time calculation means;
A wireless communication system, comprising: response packet transmitting means for transmitting the response packet to the wireless communication apparatus after the response waiting time calculated by the response waiting time calculating means has elapsed.
自身及び隣接する前記各無線中継装置の前記指標値と前記閾値とを比較し、前記閾値以上の通信品質の良い前記無線中継装置の数をカウントし、通信品質の良い前記無線中継装置の数が多い程、前記前半の応答待ち時間を長くし、長くした分だけ前記後半の応答待ち時間を短くし、通信品質の良い前記無線中継装置の数が少ない程、前記前半の応答待ち時間を短くし、短くした分だけ前記後半の応答待ち時間を長くする
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 The response waiting time calculation means compares the index value of itself with a threshold value, and according to the comparison result, the response waiting time calculation unit has a short response waiting time within a period of two minutes that can be taken as the response waiting time. Select either the first half of the response waiting time or the second half of the response waiting time that is the range of the long response waiting time, and within the selected first half of the response waiting time or the second half of the response waiting time, Calculate the response waiting time,
The index value of each of the wireless relay devices adjacent to itself and the threshold are compared, the number of the wireless relay devices with good communication quality equal to or higher than the threshold is counted, and the number of the wireless relay devices with good communication quality is The larger the number, the longer the response waiting time in the first half, the response waiting time in the second half is shortened by the length, and the fewer the number of wireless relay devices with good communication quality, the shorter the response waiting time in the first half. The wireless communication system according to claim 1, wherein the response waiting time in the latter half is increased by the shortened amount.
前記接続先選択手段は、所定の探索期間内に接続先が選択されなかった場合には、前記探索期間内に受信した、前記応答パケットの送信元の前記無線中継装置に対応する前記指標値の中から最も良い値を検索し、最も良い前記指標値を有する前記無線中継装置を接続先に選択する
ことを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の無線通信システム。 The connection destination selection unit selects the wireless relay device that is the transmission source of the response packet as a connection destination when the index value corresponding to the wireless relay device that is the transmission source of the response packet is equal to or greater than the threshold value. ,
When the connection destination is not selected within a predetermined search period, the connection destination selection means receives the index value corresponding to the wireless relay device that is the transmission source of the response packet received within the search period. The wireless communication system according to any one of claims 2 to 6, wherein a best value is searched from among the wireless relay devices, and the wireless relay device having the best index value is selected as a connection destination.
自身と隣接する前記無線中継装置の通信品質に関する指標値を管理する隣接ノード情報管理手段と、
前記無線通信装置から複数の前記無線中継装置の内、接続先とする前記無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを受信すると、自身の前記指標値と隣接する前記無線中継装置の前記指標値とを用いて、前記隣接探索パケットに対する応答パケットを送信するまでの応答待ち時間を算出する応答待ち時間算出手段と、
応答待ち時間算出手段により算出した応答待ち時間経過後、前記応答パケットを前記無線通信装置に送信する応答パケット送信手段と
を有することを特徴とする無線中継装置。 A wireless relay device in a wireless communication system having a wireless communication device that requests connection to a network and a plurality of wireless relay devices that relay connection requests to the network,
Adjacent node information management means for managing an index value related to communication quality of the radio relay apparatus adjacent to itself;
When an adjacent search packet for searching for the wireless relay device as a connection destination among a plurality of the wireless relay devices is received from the wireless communication device, the index value of the wireless relay device adjacent to its own index value A response waiting time calculating means for calculating a response waiting time until a response packet for the adjacent search packet is transmitted, and
A wireless relay device comprising: response packet transmitting means for transmitting the response packet to the wireless communication device after the response waiting time calculated by the response waiting time calculating means has elapsed.
自身と隣接する前記無線中継装置の通信品質に関する指標値を管理する隣接ノード情報管理手段と、
前記無線通信装置から複数の前記無線中継装置の内、接続先とする前記無線中継装置を探索するための隣接探索パケットを受信すると、自身の前記指標値と隣接する前記無線中継装置の前記指標値とを用いて、前記隣接探索パケットに対する応答パケットを送信するまでの応答待ち時間を算出する応答待ち時間算出手段と、
応答待ち時間算出手段により算出した応答待ち時間経過後、前記応答パケットを前記無線通信装置に送信する応答パケット送信手段と
して機能させることを特徴とする無線中継プログラム。 A computer mounted on a wireless relay device in a wireless communication system having a wireless communication device requesting connection to a network and a plurality of wireless relay devices relaying the connection request to the network;
Adjacent node information management means for managing an index value related to communication quality of the radio relay apparatus adjacent to itself;
When an adjacent search packet for searching for the wireless relay device as a connection destination among a plurality of the wireless relay devices is received from the wireless communication device, the index value of the wireless relay device adjacent to its own index value A response waiting time calculating means for calculating a response waiting time until a response packet for the adjacent search packet is transmitted, and
A wireless relay program that functions as a response packet transmission unit that transmits the response packet to the wireless communication apparatus after the response waiting time calculated by the response waiting time calculation unit has elapsed.
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